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Application de la charge
Informations utiles sur les variantes.
Application de la chargeCONNAISSANCES DE LA DURETÉ
Vous trouverez ici des informations utiles sur les variantes d'application de la charge, les possibilités d'évaluation des valeurs mesurées lors des essais de dureté (mesure optique vs. mesure de la différence de profondeur), l'électronique d'un duromètre (PC, API) ainsi que des thèmes de conception allant de la conformité CE aux variantes d'équipement (par ex. volant manuel vs. réglage motorisé de la tête d'essai).
asses mortes avec poids
Autrefois, la force d’essai était appliquée par des masses mortes à l’aide de poids. Cela signifie qu’une force d'essai précise est appliquée par une masse à effet direct. La force d’essai peut souvent être modifiée au moyen d’un système de levier ou par le changement des poids. L’application de la pré-force et de la force totale dans les méthodes par différence de profondeur (Rockwell) est généralement réalisée par l’ajout de poids supplémentaires pour la force totale. Les systèmes à masses mortes de ce type sont souvent pourvus d’éléments amortisseurs qui permettent d’appliquer la force d’essai sans à-coups dans la mesure du possible. Il est toutefois impossible d’empêcher un dépassement de la force d’essai en raison de la nature même du système. De plus, les mesures sont assez fortement influencées par les vibrations et les chocs.
Certains testeurs de dureté, en particulier les systèmes portables, appliquent la charge des masses mortes à l’aide de blocs-ressorts. Cela signifie que la force d’essai n’est pas appliquée par une masse à effet direct, mais par un ressort ; elle reste alors constante et ne peut pas être modifiée. L’avantage de ce système est son insensibilité aux vibrations par rapport aux masses à effet direct (poids).
En règle générale, un système de contrôle en boucle fermée sert à régler une grandeur physique prédéfinie (grandeur réglée r) sur une valeur souhaitée (valeur de consigne s) et de la maintenir sur cette valeur par la mesure et l’ajustement de la valeur réelle i. La boucle de régulation effectue ainsi en continu les tâches de mesure, de comparaison et d’ajustement.
Ces deux techniques peuvent être combinées en une application de la force avec masses mortes et système de contrôle en boucle fermée. Pour ce faire, une partie de la force d’essai est appliquée par des masses à effet direct, et le reste de la force d’essai à l’aide d’un système de contrôle en boucle fermée. Les masses mortes sont utilisées en particulier pour les forces d’essai très faibles afin de respecter les tolérances très strictes.
Le test de dureté Brinell a toujours été un défi pour les métaux tendres et les surfaces difficiles. En particulier dans le cas des matériaux tendres, les arêtes ne sont pas toujours visibles de manière optimale en raison d'une déformation nette (renflement) autour de l'empreinte.
La technologie SmartLight développée par EMCO-TEST associe un objectif à une « lumière collimatée ». Avec cet éclairage, des rayons lumineux parallèles sont dirigés vers l'empreinte de test par un système de miroirs. Ainsi, la lumière arrive exactement par le haut sur l'empreinte de test et empêche la formation d'ombres dans la zone du renflement. Le contour est clairement visible et l'impression peut être évaluée avec précision. La technologie SmartLight est intégrée de manière fixe dans l'objectif et ne nécessite aucun autre réglage de la part de l'opérateur.
Les méthodes d’essai de dureté Brinell, Vickers et Knoop nécessitent une évaluation optique des diagonales de l’empreinte de dureté pour déterminer la valeur de dureté.
Il existe différentes possibilités d’évaluation de la pénétration :
Évaluation au moyen d’une loupe de mesure
Évaluation au moyen d’un écran de focalisation et d’un pied à coulisse
Évaluation au moyen d’un système de caméra – état actuel de la technique
La précision des résultats de mesure ne peut être garantie que par des empreintes de dureté clairement identifiables, avec un contraste optimal et des conditions de luminosité parfaites. Il est essentiel que les conditions de luminosité restent toujours constantes pour toutes les surfaces d’essai. Afin de garantir cette constance et pour éviter que le résultat de la mesure ne soit influencé par un réglage de la luminosité inapproprié, ce dernier est réalisé de façon entièrement automatique par la caméra numérique intégrée. Toute influence de l’opérateur est ainsi complètement exclue.
L’autofocus fonctionne de deux façons différentes :
Dans le principe de la mesure de force directe, une cellule de charge intégrée enregistre précisément le moment où le pénétrateur entre en contact avec la surface. Le plan focal optimal est alors reconnu dès le cycle d’essai sur la base de cette mesure de force.
De plus, avec des objectifs à très fort grossissement, un autofocus supplémentaire est également effectué par la caméra numérique.
Aujourd’hui, l’évaluation automatique des empreintes de dureté est devenue incontournable dans les machines d’essais de dureté. Elle permet de réduire au maximum les influences de l’opérateur lors des essais de dureté et d’obtenir des résultats bien plus comparables.
L’évaluation automatique d’une empreinte de dureté dans les méthodes par mesure de profondeur est effectuée par l’action conjuguée du capteur de mesure de profondeur et du logiciel d’essais de dureté. Le capteur de mesure de profondeur détermine pendant la pénétration du pénétrateur une valeur de différence de profondeur. Cette dernière est immédiatement utilisée par le logiciel pour calculer automatiquement la valeur de dureté. Après le processus de pénétration, la valeur de dureté relevée est affichée sur l’écran de la machine d’essais de dureté.
Lors des Brinell essais de dureté sur le métal selon Brinell, il se crée une nette déformation (renflement) tout autour de l’empreinte. Cette déformation est plus prononcée sur les métaux tendres que sur les métaux durs.
Avec un éclairage à fond clair, elle rend difficiles l’identification et l’évaluation des bords de l’empreinte. En utilisant un éclairage annulaire à fond obscur, l’identification et l’évaluation des bords de l’empreinte sont facilitées.
Sur les machines d’essais de dureté modernes, un système de caméra est utilisé pour mettre en œuvre les méthodes d’essai de dureté optiques. Ce système est en général constitué d’une caméra numérique de 1,3 mégapixels, d’une source d’éclairage et d’objectifs de différents grossissements.
Le système de caméra est utilisé pour deux opérations différentes. Il sert d’une part à déterminer la position de l’essai de dureté. D’autre part, son rôle principal est l’évaluation manuelle ou automatique des empreintes de dureté. Afin de minimiser autant que possible l’influence de l’opérateur lors d’un essai de dureté, le système de caméra procède à la mise au point, au réglage de la luminosité et à l’évaluation de l’empreinte de façon entièrement automatique. Une reproductibilité maximale est ainsi garantie.
Les méthodes d’essai de dureté Rockwell, test sur plastique, test sur carbone, et essai de dureté Brinell modifié avec mesure de profondeur de pénétration requièrent une mesure de différence de profondeur. On mesure alors la profondeur de pénétration générée par le pénétrateur. Sur les machines d’essais de dureté modernes, cela est réalisé à l’aide d’un capteur de mesure de profondeur.
Un contrôleur logique programmable (de l’anglais : Programmable Logic Controller (PLC)) est un composant qui est programmé et utilisé pour la commande ou la régulation d’une machine ou d’une installation. Ces commandes sont mises en application dans des secteurs très différents, par exemple pour commander des installations de production, des presses à injection ou justement des machines d’essais de dureté entièrement automatisées.
On entend par PC embarqué un ordinateur industriel compact de construction modulaire. C’est un système intégré dont l’architecture de calcul est similaire à celle d’un PC standard. Ces ordinateurs n’intègrent que des composants qui seront effectivement utilisés pour l’application concernée. En raison des faibles besoins en espace disque, ces PC sont souvent dépourvus de disque dur (et équipés par exemple d’une carte CF). Les PC embarqués sont employés dans l’industrie automobile, dans les transports, les techniques de production et de fabrication, les télécommunications et bien d’autres secteurs.
en savoir plus
Un PC externe de commande de machine d’essais de dureté est un PC standard usuel qui satisfait à toutes les exigences techniques (interfaces, espace mémoire, puissance de calcul, etc.) requises pour le testeur de dureté. Ce PC standard est doté d’un système d’exploitation standard (par exemple WIN 7, WIN 8), d’autres logiciels éventuels et du logiciel d’exploitation de la machine d’essais de dureté.
On utilise avec le PC externe les outils de saisie habituels (clavier, souris) ainsi qu’un moniteur standard pour l’affichage.
Les PC externes sont utilisés principalement avec les machines d’essais de dureté entièrement automatiques. En effet, les nombreuses fonctions très complexes et très lourdes des essais de dureté nécessitent d’importantes capacités de mémoire et puissances de calcul.
Les machines d’essais de dureté sont soumises à plusieurs directives européennes qu’elles doivent donc observer, et elles doivent également porter le marquage CE.
Cela signifie que l’on vérifie les directives auxquelles le produit est soumis, et si le produit satisfait aux objectifs de sécurité prescrits dans les directives en question.
On procède pour cela à une évaluation de la conformité (analyse des risques) afin de déterminer les exigences relatives à la sécurité et à la protection de la santé applicables à la machine. La machine est ensuite conçue et construite en tenant compte des résultats de cette analyse des risques.
La base constitue la colonne vertébrale de toute machine d’essais de dureté. Pour toutes les tâches d’essai, cette base doit être de construction robuste et résistante à la flexion (par exemple en fonte d’aluminium ou en fonte grise) afin de garantir sur toute la gamme de charges des conditions d’essai absolument constantes. De plus, le design et la modularité jouent aujourd’hui un rôle toujours plus important, et doivent donc être pris en compte dans la conception de la base machine.
De nombreuses machines d’essais de dureté utilisées pour des tâches simples comme des mesures unitaires sont équipées d’un volant pour le chargement de l’échantillon.
Le volant est particulièrement adapté aux petits échantillons. De plus, le serrage et le desserrage des échantillons est très rapide. Le volant et l’utilisation manuelle qui lui est associée font de ces testeurs de dureté des solutions autonomes, sans intégration dans des lignes de production.
De plus en plus de machines d’essais de dureté sont dotées d’un axe Z motorisé pour le déblocage du serre-pièce suivi du serrage de l’échantillon.
Grâce à l’unité de test motorisée, la zone de test s’agrandit donc sans compromis sur la hauteur de travail et sur les dimensions compactes. L’ergonomie qui en résulte pour l’opérateur constitue un progrès majeur en matière de conditions de travail. De plus, ces testeurs de dureté sont parfaitement adaptés aux échantillons lourds et de grandes dimensions.
Avec leur axe Z motorisé, ces machines peuvent parfaitement s’intégrer à des lignes de production entièrement automatisées et effectuer ainsi des tests à 100 %. Il va de soi qu’elles peuvent aussi être employées comme solutions autonomes sans aucun souci.
Une machine d’essais de dureté entièrement automatique avec table à mouvements croisés motorisée est nécessaire afin de permettre la réalisation de mesures de la filiation ou de mesures sur de nombreux échantillons.
Les facteurs techniques essentiels de la table à mouvements croisés sont des courses de déplacement importantes, des grandes vitesses et un haut degré de reproductibilité et de précision de positionnement. Ces critères sont garantis par des résolutions élevées ainsi que par des broches quasiment exemptes de jeu d’inversion.